AYT Fizik Manyetizma Konu Anlatımı

Manyetizma

Manyetizma konusu; mıknatısların oluşturduğu manyetik alanı, elektrik akımının manyetik etkisini, akım taşıyan iletkenlere ve hareketli yüklere etki eden manyetik kuvveti inceler. AYT Fizik’te mıknatıslar, manyetik alan çizgileri, akım taşıyan düz tel, halka ve bobinin alanı, akım taşıyan tele etki eden kuvvet, paralel teller arasındaki etkileşim, manyetik alandaki yüklü parçacıkların hareketi ve akım halkasına etki eden tork temel başlıklardır.

Bu konunun sonunda bir öğrencinin:

• mıknatıs kutuplarının etkileşimini açıklayabilmesi,
• manyetik alan çizgilerini yorumlayabilmesi,
• akım taşıyan iletkenin oluşturduğu manyetik alanın yönünü belirleyebilmesi,
• düz tel, halka ve bobinde alan büyüklüğünün hangi değişkenlere bağlı olduğunu yorumlayabilmesi,
• akım taşıyan tele etki eden manyetik kuvveti hesaplayabilmesi,
• kuvvet yönünü sağ el kuralıyla belirleyebilmesi,
• paralel akım taşıyan tellerin birbirini çekme-itme durumunu yorumlayabilmesi,
• hareketli yüke etki eden manyetik kuvveti hesaplayabilmesi,
• pozitif ve negatif yüklerde kuvvet yönünü belirleyebilmesi,
• düzgün manyetik alanda dairesel ve helisel hareketi yorumlayabilmesi,
• yörünge yarıçapı ve periyot bağıntılarını kullanabilmesi,
• manyetik kuvvetin iş yapıp yapmadığını yorumlayabilmesi,
• akım halkasına etki eden manyetik torku hesaplayabilmesi

gerekir.

Mıknatıs ve Kutuplar

Her mıknatısın iki kutbu vardır:

• Kuzey (N),
• Güney (S).

Aynı kutuplar birbirini iter.

Zıt kutuplar birbirini çeker.

Manyetik Tek Kutuplar

Bir çubuk mıknatıs ikiye bölündüğünde tek başına kuzey veya tek başına güney kutbu elde edilmez.

Her parça yeniden N ve S kutuplarına sahip bir mıknatıs olur.

Manyetik Alan

Mıknatısların ve hareketli elektrik yüklerinin çevresinde manyetik etkilerin gözlenebildiği bölgeye manyetik alan denir.

Manyetik alan vektörel bir büyüklüktür.

Sembolü:

**B**

SI birimi:

**Tesla (T)**

dır.

Manyetik Alan Çizgileri

Manyetik alan çizgileri mıknatısın dışında:

**N kutbundan çıkar, S kutbuna girer.**

Mıknatısın içinde ise S’den N’ye doğru devam eder.

Böylece kapalı eğriler oluştururlar.

Alan Çizgilerinin Özellikleri

Manyetik alan çizgileri:

• birbirini kesmez,
• çizgiye teğet yön manyetik alan yönünü gösterir,
• sık oldukları bölgelerde alan daha güçlüdür,
• kapalı eğriler oluşturur.

Dünya’nın Manyetik Alanı ve Pusula

Pusula iğnesi Dünya’nın manyetik alanına göre yönelir.

Pusulanın kuzeyi gösteren ucu, Dünya’nın coğrafi kuzeyi yakınındaki manyetik güney karakterli bölgeye yönelir.

Bu nedenle Dünya büyük bir mıknatıs gibi davranır.

Elektrik Akımının Manyetik Etkisi

Akım taşıyan bir iletken çevresinde manyetik alan oluşur.

Bu sonuç elektrik ve manyetizma arasındaki temel bağlantılardan biridir.

Uzun Düz Telin Manyetik Alanı

Uzun düz telin çevresindeki manyetik alan çizgileri tel merkezli çemberlerdir.

Alan büyüklüğü:

**B = μ₀I / (2πr)**

bağıntısıyla verilebilir.

Burada:

• I akım,
• r tele dik uzaklıktır.

Düz Telde Alan Yönü

Sağ elin başparmağı akım yönünü gösterecek şekilde tutulursa kıvrılan parmakların yönü tel çevresindeki manyetik alanın yönünü verir.

Dairesel Akım Halkasının Merkezindeki Alan

Yarıçapı R olan tek sarımlı halkanın merkezindeki alan:

**B = μ₀I/(2R)**

ile verilir.

N sarımlı halka için:

**B = μ₀NI/(2R)**

olur.

Bobin ve Solenoid

Uzun bir solenoidin içindeki yaklaşık düzgün manyetik alan:

**B = μ₀nI**

ile verilebilir.

Burada:

**n = N/L**

birim uzunluktaki sarım sayısıdır.

Dolayısıyla:

• akım artarsa B artar,
• sarım yoğunluğu artarsa B artar.

Elektromıknatıs

Akım geçen bobin manyetik alan oluşturur.

Bobinin içine ferromanyetik çekirdek yerleştirilmesi alanı kuvvetlendirebilir.

Akım kesildiğinde elektromıknatısın etkisi büyük ölçüde kaybolabilir.

Akım Taşıyan Tele Manyetik Kuvvet

Düzgün manyetik alan içindeki L uzunluklu iletkenden I akımı geçiyorsa tele etki eden kuvvetin büyüklüğü:

**F = BIL sinθ**

dir.

θ, akım yönü ile manyetik alan arasındaki açıdır.

Tele Etki Eden Kuvvetin Yönü

Pozitif akım yönü kullanılarak sağ el kuralı uygulanabilir.

Kuvvet yönü:

• akım yönüne,
• manyetik alan yönüne

dik olur.

Vektörel olarak:

**F ∝ I L × B**

şeklinde düşünülebilir.

Paralel Akım Taşıyan Teller

İki paralel telde akımlar:

• aynı yöndeyse teller birbirini çeker,
• zıt yöndeyse teller birbirini iter.

Paralel Teller Arasındaki Kuvvet

Uzun paralel teller arasında birim uzunluğa düşen kuvvet:

**F/L = μ₀I₁I₂/(2πd)**

ile ilişkilidir.

Bu nedenle kuvvet:

• akımların çarpımıyla doğru,
• teller arası uzaklıkla ters

orantılıdır.

Hareketli Yüke Manyetik Kuvvet

Manyetik alan içinde v hızıyla hareket eden q yüküne:

**F = |q|vB sinθ**

büyüklüğünde kuvvet etki eder.

θ, hız ile manyetik alan arasındaki açıdır.

Pozitif Yükte Kuvvet Yönü

Pozitif yük için sağ el kuralı doğrudan uygulanır.

Vektörel olarak:

**F = q(v × B)**

q pozitif olduğunda yön v×B yönündedir.

Negatif Yükte Kuvvet Yönü

Negatif yük için sağ el kuralıyla bulunan yönün tersi alınır.

Hız Manyetik Alana Paralelse

θ=0° veya 180° ise:

**sinθ=0**

ve manyetik kuvvet sıfırdır.

Parçacık doğrusal hareketini sürdürür.

Hız Manyetik Alana Dikse

θ=90° olduğunda:

**F = |q|vB**

ve kuvvet her an hıza dik olur.

Bu kuvvet merkezcil kuvvet görevi yaparak parçacığın düzgün çembersel hareket yapmasını sağlar.

Manyetik Kuvvet İş Yapar mı?

Manyetik kuvvet her an hıza dik olduğundan ideal durumda parçacık üzerinde iş yapmaz.

Bu nedenle:

• sürat değişmez,
• kinetik enerji değişmez,
• yalnız hızın yönü değişebilir.

Dairesel Yörünge Yarıçapı

Hız manyetik alana dikse:

**|q|vB = mv²/r**

Buradan:

**r = mv/(|q|B)**

elde edilir.

Dairesel Hareket Periyodu

Düzgün manyetik alanda dönme periyodu:

**T = 2πm/(|q|B)**

dir.

Periyot hızdan bağımsızdır.

Açısal Hız

Manyetik alanda dairesel hareket yapan parçacığın açısal hızı:

**ω = |q|B/m**

olur.

Bu da hızdan bağımsızdır.

Hızın Hem Paralel Hem Dik Bileşeni Varsa

Parçacığın:

• B’ye paralel hız bileşeni değişmeden ilerler,
• B’ye dik hız bileşeni çembersel hareket oluşturur.

Sonuçta parçacık helisel bir yörünge izler.

Helis Adımı

Bir turda alan doğrultusunda alınan yol:

**h = v∥ T**

ile bulunur.

Paralel hız bileşeni veya periyot artarsa helis adımı artar.

Manyetik Alana Giren Nötr Parçacık

q=0 olan nötr parçacık manyetik alan nedeniyle kuvvet görmez.

Manyetik kuvvet yalnız elektrik yükü taşıyan hareketli parçacıklara etki eder.

Akım Halkasına Etki Eden Tork

Manyetik alan içindeki akım halkasına döndürme etkisi uygulanabilir.

N sarımlı halkanın tork büyüklüğü:

**τ = NIAB sinθ**

ile verilir.

Burada θ, halkanın manyetik momenti ile B arasındaki açıdır.

Manyetik Dipol Momenti

Akım halkasının manyetik dipol momenti:

**μ = NIA**

olarak tanımlanır.

Tork:

**τ = μB sinθ**

şeklinde de yazılabilir.

Motor Etkisi

Akım taşıyan iletkenin manyetik alanda kuvvet görmesi elektrik motorlarının temel çalışma prensibidir.

Bobinin iki kenarına etki eden kuvvetler dönme torku oluşturabilir.

Sık Karıştırılan Noktalar

1. Mıknatıs dışında alan N’den S’ye doğrudur.
2. Manyetik alan çizgileri kapalıdır ve kesişmez.
3. Düz tel alanı I ile doğru, uzaklıkla ters orantılıdır.
4. Akım B’ye paralelse tele etki eden kuvvet sıfırdır.
5. Akım B’ye dikse tele kuvvet maksimumdur.
6. Paralel tellerde aynı yön akımlar birbirini çeker.
7. Zıt yön akımlar birbirini iter.
8. Durgun yüke manyetik kuvvet etki etmez.
9. Pozitif yükte sağ el yönü, negatif yükte bunun tersi kullanılır.
10. v B’ye paralelse kuvvet sıfırdır.
11. v B’ye dikse parçacık çembersel hareket yapabilir.
12. Manyetik kuvvet iş yapmaz.
13. Manyetik alanda sürat ve kinetik enerji değişmez.
14. r=mv/(|q|B)’dir.
15. T=2πm/(|q|B)’dir ve hızdan bağımsızdır.
16. Paralel ve dik hız bileşenleri birlikteyse helisel hareket oluşur.
17. Akım halkası torku NIABsinθ’dir.

Soru Çözerken Kullanılabilecek Yaklaşım

1. Önce manyetik alan yönünü belirle.
2. Düz telde sağ el başparmak kuralını kullan.
3. Akım taşıyan tele kuvvette akım ve B arasındaki açıyı bul.
4. Hareketli yükte hız ve B arasındaki açıyı bul.
5. Pozitif yük için sağ el kuralını uygula.
6. Yük negatifse bulduğun yönü ters çevir.
7. v paralelse kuvvetin sıfır olduğunu kontrol et.
8. v dikse merkezcil kuvvet eşitliğini kullan.
9. Yarıçap için r=mv/(|q|B) yaz.
10. Periyot için T=2πm/(|q|B) kullan.
11. Helisel harekette hızı paralel ve dik bileşenlere ayır.
12. Akım halkasında tork için manyetik moment-B açısını kullan.

Konu Özeti

• Mıknatıs dışında alan N’den S’ye doğrudur.
• Aynı kutuplar iter, zıt kutuplar çeker.
• Akım taşıyan tel manyetik alan oluşturur.
• Uzun düz telde B∝I/r’dir.
• Halka merkezinde B∝NI/R’dir.
• Solenoidde B∝nI’dir.
• Akım taşıyan tele F=BILsinθ kuvveti etki eder.
• Aynı yönlü paralel akımlar birbirini çeker, zıt yönlü olanlar iter.
• Hareketli yüke F=|q|vBsinθ manyetik kuvveti etki eder.
• Manyetik kuvvet iş yapmaz ve sürati değiştirmez.
• v⊥B ise dairesel hareket oluşur.
• r=mv/(|q|B)’dir.
• T=2πm/(|q|B)’dir.
• v’nin paralel ve dik bileşenleri varsa helisel hareket oluşur.
• Akım halkasının torku τ=NIABsinθ’dir.